肆虐東非和南亞多國的沙漠蝗蟲災(zāi)害已經(jīng)持續(xù)數(shù)月，其影響仍在繼續(xù)擴(kuò)大，如果得不到有效控制，侵入我國的可能性極大，國家林業(yè)和草原局已高度重視。大規(guī)模的沙漠蝗蟲會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重破壞，其繁殖期是防控的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，相比于遷徙的成蟲，蟲卵在孵化成幼蟲的過程中由于無法飛行將持續(xù)啃食農(nóng)作物，造成極大的破壞力。鑒于此，對于沙漠蝗蟲的檢測與提前防控對我國農(nóng)業(yè)具有非常重要的意義?；认x卵在孵化前難以通過普通的成像設(shè)備捕捉識別，給防控帶來極大的難度。但是研究表明，蝗蟲成災(zāi)前會對植物表征出的光譜特征產(chǎn)生影響，多家研究機(jī)構(gòu)給出了蝗蟲數(shù)量、分布與該區(qū)域植物NDVI指數(shù)的關(guān)系。因此，通過對區(qū)域內(nèi)植物NDVI指數(shù)變化趨勢的追蹤分析可以準(zhǔn)確預(yù)測沙漠蝗蟲遷徙方向和數(shù)量，對于我國有針對性的部署應(yīng)對舉措具有重要的戰(zhàn)略意義。

NDVI指數(shù)由待測區(qū)域近紅外譜段光譜平均反射率和紅光譜段光譜平均反射率進(jìn)行相應(yīng)數(shù)學(xué)運(yùn)算計算得出。無人機(jī)高光譜系統(tǒng)由無人機(jī)搭載高光譜成像儀及其輔助設(shè)備組成，高光譜成像儀可以獲取目標(biāo)區(qū)域的成像信息與光譜信息，其光譜分辨率較高能夠保證目標(biāo)譜段平均光譜反射率的計算精度，結(jié)合成像信息能夠?qū)Σ煌墓庾V特性進(jìn)行定位。相比于衛(wèi)星遙感高光譜系統(tǒng)和地面高光譜系統(tǒng)，無人機(jī)能夠保證高光譜成像儀工作在合適的高度，既能夠擴(kuò)大視場提高檢測效率又無需考慮大氣與云層吸收對光譜采集帶來的影響，故最適合應(yīng)用于蝗蟲檢測。我司的高光譜專家團(tuán)隊(duì)依據(jù)HY-90系列產(chǎn)品做了部分檢測和分析，做如下解決方案：

1、根據(jù)檢測區(qū)域和無人機(jī)高光譜系統(tǒng)參數(shù)合理設(shè)計飛行方案，采集檢測區(qū)域高光譜數(shù)據(jù)。

2、根據(jù)高光譜數(shù)據(jù)計算該區(qū)域NDVI指數(shù)，植被、地面等不同地物會反映出不同的NDVI指數(shù)數(shù)值，如下圖所示，紅色表示NDVI為接近1的正值，綠色表示NDVI為接近0的正值，藍(lán)色表示NDVI為負(fù)值。NDVI是歸一化植被指數(shù)，該值在-1到1之間，負(fù)值表示水、雪等可見光高反射區(qū)域，0表示巖石或裸土，正值表示有植被覆蓋，數(shù)值的大小可以判斷植物的生長狀態(tài)，通過其細(xì)微的變化可以推斷蝗蟲災(zāi)害的發(fā)生情況。

3、將NDVI指數(shù)轉(zhuǎn)化為蝗蟲災(zāi)害爆發(fā)可能性或嚴(yán)重程度的指標(biāo)后與可見光圖像進(jìn)行融合，做可視化顯示，輸出檢測區(qū)域內(nèi)蝗蟲災(zāi)害爆發(fā)可能性和嚴(yán)重程度的分布情況。以下圖為例，對圖內(nèi)中間五塊實(shí)驗(yàn)田進(jìn)行蝗蟲災(zāi)害推測結(jié)果可視化輸出。

設(shè)備系統(tǒng)

我司研制的無人機(jī)高光譜系統(tǒng)iSpecHyper系列如下圖所示，主要載荷包括高光譜相機(jī)、可見光相機(jī)、穩(wěn)定云臺、機(jī)載控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、POS系統(tǒng)和機(jī)載電源。

本系統(tǒng)中所有探測器和POS模塊采用同步觸發(fā)控制，記錄的高光譜數(shù)據(jù)、可見光照片、姿態(tài)信息和GPS信息具有一一對應(yīng)關(guān)系，便于后期幾何校正與數(shù)據(jù)拼接。地面站不僅為機(jī)載GPS系統(tǒng)提供差分站以提高精度，還可以遠(yuǎn)程控制載荷進(jìn)行各種操作，提升用戶體驗(yàn)。

采集的高光譜數(shù)據(jù)可以處理成反射率進(jìn)行植被指數(shù)計算用于蝗蟲遷徙、流行性病蟲害、草地貪夜蛾等病蟲害趨勢的預(yù)測和定位?？梢姽庹掌梢蕴峁z測區(qū)域高清圖像，可以用于三維建模、拼接正射影像。

無人機(jī)高光譜系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

萊森光學(xué)（深圳）有限公司是一家提供光機(jī)電一體化集成解決方案的高科技公司，我們專注于光譜傳感和光電應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。

審核編輯 黃昊宇